Java 核心技术-集合-集合框架
说在前面的话：
关于Core Java 集合方面的博文网上已经写烂了，为啥我还要写呢？
答：他们写的都很好，我也学到不少东西，如果把我当做一个系统的话，学习别人、看书、读源码是输入，但是往往形不成一个回路，形不成回路就会与行业脱节，所以我也要输出一些东西，尽管这些东西大家耳熟能详。
本文适合的读者？
答：会简单用Java 集合类库，看过core java volume 1但是不知其所以然的同学。
废话不多说，大家找你们感兴趣的点吧，也可以多多提提建议。
没有目录的博文都是耍流氓。
集合框架
框架是一个类的集，它奠定了创建高级功能的基础。框架包含很多超类，这些超类拥有非常有用的功能、策略和机制。框架使用者创建的子类可以扩展超类的功能，而不必重新创建这些有用的机制。
Java集合类库中有很多有用的接口、抽象类和具体类，这些对使用者来说非常有帮助，你需要用的时候直接拿来用就可以了，需要扩展功能的实现相应的接口和扩展类即可。
集合类库的接口关系图这里就不画了，基本的接口有Collection和Map。还有Iterator接口。这些接口被一些更具体的接口继承，来提供某种具体集合的服务。除此之外，还有一个标记接口RandomAccess，这个接口没有任何方法，只是用来检测一个特定的集合是否支持高效的随机访问。
视图与包装器
使用视图可以获得其他的实现了集合接口和映射表接口的对象。
例如：映射表类的keySet方法，看起来好像它创建了一个新集(Set),并将映射表中的所有键都填进去，然后返回这个集。事实是该方法返回一个实现Set接口的类对象，这个类方法对原映射表进行操作。这种集合就称为视图。
视图技术的应用
轻量级集包装器
Arrays类的静态方法asList将返回一个包装了普通Java数组的List包装器，该方法可以将数组传递给一个希望得到列表或者集合变量的方法。
1 String[] values = new String[10]; 2 List<String> aList = Arrays.asList(values);
返回的对象不是ArrayList，而是一个视图对象，带有访问底层数组的get和set方法。改变数组大小的所有方法都会抛出一个异常（不支持的操作）。
源码解析：
// Arrays asList方法源码 @SafeVarargs public static <T> List<T> asList(T... a) { // 返回构造的ArrayListd对象，注意构造方法的参数，并不是java.util.ArrayList支持的参数。 return new ArrayList<>(a); }
这里使用的ArrayList类是Arrays的内部类
private static class ArrayList<E> extends AbstractList<E> implements RandomAccess, java.io.Serializable { private static final long serialVersionUID = -2764017481108945198L; private final E[] a; ArrayList(E[] array) { // 构造函数接收数组作为参数 if (array==null) throw new NullPointerException(); a = array; } public Object[] toArray() { //默认的toArray方法返回Object[] return a.clone(); } public <T> T[] toArray(T[] a) { //返回传入参数类型的数组 int size = size(); if (a.length < size) return Arrays.copyOf(this.a, size, (Class<? extends T[]>) a.getClass()); System.arraycopy(this.a, 0, a, 0, size); if (a.length > size) a[size] = null; return a; } // 没有覆盖add remove等改变数组大小的方法 // get set indexof contains 方法省略…… }
为什么改变数组的大小的方法会抛出异常呢？ ArrayList<E> 继承自AbstractList类，AbstractList类中定义的改变数组大小的方法默认抛出异常。
public void add(int index, E element) { throw new UnsupportedOperationException(); } public E remove(int index) { throw new UnsupportedOperationException(); }
下一个操作，Collections.nCopies();
List<anObject> oList = Collections.nCopies(n,anObject);
将返回一个实现了List接口的不可修改的对象（不能修改引用，并没说对象本身不可以修改）。
该方法和Arrays.asList()方法类似，也是返回一个内部类（CopiesList）的对象，该内部类继承AbstractList类，没有覆盖修改对象的方法（所以不支持修改该对象）
public static <T> List<T> nCopies(int n, T o) { if (n < 0) throw new IllegalArgumentException("List length = " + n); return new CopiesList<>(n, o); } private static class CopiesList<E> extends AbstractList<E> implements RandomAccess, Serializable { private static final long serialVersionUID = 2739099268398711800L; final int n; final E element; // 只有这一个元素，对外看起来就像是有n个元素一样 CopiesList(int n, E e) { assert n >= 0; this.n = n; element = e; } public boolean contains(Object obj) { return n != 0 && eq(obj, element); } public int indexOf(Object o) { return contains(o) ? 0 : -1; } public int lastIndexOf(Object o) { return contains(o) ? n - 1 : -1; } public E get(int index) { if (index < 0 || index >= n) throw new IndexOutOfBoundsException("Index: "+index+ ", Size: "+n); return element; } public Object[] toArray() { final Object[] a = new Object[n]; if (element != null) Arrays.fill(a, 0, n, element); return a; } public <T> T[] toArray(T[] a) { final int n = this.n; if (a.length < n) { a = (T[])java.lang.reflect.Array .newInstance(a.getClass().getComponentType(), n); if (element != null) Arrays.fill(a, 0, n, element); } else { Arrays.fill(a, 0, n, element); if (a.length > n) a[n] = null; } return a; } public List<E> subList(int fromIndex, int toIndex) { if (fromIndex < 0) throw new IndexOutOfBoundsException("fromIndex = " + fromIndex); if (toIndex > n) throw new IndexOutOfBoundsException("toIndex = " + toIndex); if (fromIndex > toIndex) throw new IllegalArgumentException("fromIndex(" + fromIndex + ") > toIndex(" + toIndex + ")"); return new CopiesList<>(toIndex - fromIndex, element); } }
同理 Collections 类中还有很多方法都是按照类似的节奏来对外提供服务的，Collections.singleton(anObject); 返回一个视图对象，该对象实现了Set<E>接口，其实是继承了AbstractSet抽象类。返回的对象实现了一个不可修改的单元素集。
singletonList方法和singletonMap方法类似。具体请参见Collections源代码。
（源码面前，了无秘密）
子范围
很多集合都支持建立子范围(subrange)视图。对于列表，可以使用subList方法来获得一个列表的子范围视图。
List<String> group = aList.subList(10,20);
可以将任何操作应用于子范围(包括改变列表大小，也可以清空)，并且能够自动反映整个列表的情况（因为子范围返回的对象是列表内部类的对象，也就是列表的视图，它们共用一份数组。）
对于有序集和映射表，可以使用排序顺序而不是元素位置建立子范围。
SortedSet<E> subSet(E from,E to) SortedSet<E> headSet(E to) SortedSet<E> tailSet(E from) SortedMap<K,V> subMap(K from , K to) SortedMap<K,V> headMap(K to) SortedMap<K,V> tailMap(K from)
以上方法返回有序集和映射表的视图。
Java SE 6引入NavigableSet接口赋予子范围操作更多的控制能力。可以指定是否包含边界：
NavigableSet<E> subSet(E from,boolean fromInclusive, E to, boolean toInclusive) NavigableSet<E> headSet(E to,boolean toInclusive) NavigableSet<E> tailSet(E from,boolean fromInclusive)
不可修改视图
Collections 还有几个方法用于产生集合的不可修改视图，这些视图对现有集合增加一个运行时的检查。如果发现试图对集合进行修改，就抛出一个异常，同时这个集合将保持未修改的状态。
这些方法有：
Collections.unmodifiableCollection
Collections.unmodifiableList
Collections.unmodifiableSet
Collections.unmodifiableSortedSet
Collections.unmodifiableMap
Collections.unmodifiableSortedMap
不可修改视图并不是集合本身不可修改。仍然可以通过集合的原始引用进行修改。
同步视图
由于普通集合类不能保证被多线程访问的安全性。
类库的设计者提供了一种视图机制保证常规集合的线程安全，而不是实现线程安全的集合类。例如： Collections类的静态synchronizedMap方法可以将任何一个映射表转换成具有同步访问方法的Map。
Map<String,Employee> map = Collections.synchronizedMap(new HashMap<String,Employee>());
通过源码我们可以了解到，集合框架Collections 给我们提供了很多有用的内部类，这些内部类担当常规集合的同步视图，个人感觉有点像装饰者模式。为了让大家有一个直观的认识，这些同步内部类的继承结构如下图所示（原谅我作图实在是。）：
其实同步视图的原理是在访问常规集合的时候加了个锁，具体可以参见源码。很清晰，也很简单。
检查视图
Java SE 5 增加了一组“检查”视图，用来对泛型类型发生问题时提供调试支持。
错误举例：
ArrayList<String> strings = new ArrayList<>(); ArrayList rawList = strings; rawList.add(new Date()); // add不会出错，另一部分代码调用get方法，并转换为String 就会抛出异常了。
检查视图可以探测到这类问题。
List<String> safeStrings = Collections.checkedList(strings,Sring.class);
原理其实很简单，在调用集合add方法之前检验下添加元素的类型和集合元素的类型是否匹配。
源码如下：
void typeCheck(Object o) { if (o != null && !type.isInstance(o)) throw new ClassCastException(badElementMsg(o)); } private String badElementMsg(Object o) { return "Attempt to insert " + o.getClass() + " element into collection with element type " + type; } CheckedCollection(Collection<E> c, Class<E> type) { if (c==null || type == null) throw new NullPointerException(); this.c = c; this.type = type; }
关于可选操作的说明
通常，视图有一些局限性，可能只可以读、无法改变大小、只支持删除而不支持插入，这些与映射表的键视图情况相同。如果试图进行恰当的操作，受限制视图就会抛出 UnsupportedOperationException。
这样很好的限制了接口数量的成倍增加。
批操作
使用类库中的批操作避免频繁的使用迭代器
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集合批操作 |
批操作含义 |
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retainAll(Collection<?> c):boolean |
保留参数中不存在的元素 |
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removeAll(Collection<?> c):boolean |
删除参数中存在的元素 |
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addAll(Collection<?> c):boolean |
添加参数中存在的元素 |
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clear():void |
清空集合 |
集合与数组之间的转换
由于集合框架比Java平台的大部分API生的晚，所以有时候为了兼容，需要在传统的数组和现代的集合之间进行转换。
数组转换为集合,Arrays.asList的包装器可以实现：
String [] values = ...; HashSet<String> staff = new HashSet<String>(Arrays,asList(values));
将集合转换为数组：
(1) 使用toArray方法
Object[] values = staff.toArray();
这样做的结果是产生一个对象数组。即使知道集合中包含一个特定类型的对象，也不能使用类型转换。
String[] values = (String[]) staff.toArray(); //error
toArray方法返回的数组是一个Object[]数组，无法改变其类型。
(2) 使用另外一种toArray方法，并将其设计为所希望的元素类型且长度为0的数组，随后所返回的数组将和所创建的数组一样：
String[] values = staff.toArray(new String[0]); // right
